DE2116648C

DE2116648C - Process and device for the manufacture of aluminum and aluminum alloys

Info

Publication number: DE2116648C
Application number: DE19712116648
Authority: DE
Inventors: Lazio Dipl Ing Dr Budapest Kaszanitzky Ferenc Dipl Geol Vamos Gyorgy Dipl Chem Tatabanya Kapolyi (Ungarn)
Original assignee: Tatabanyai Szenbanyak Tatabanya (Ungarn)
Priority date: 1970-04-02
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1973-02-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Aluminiummetall bzw. Aluminiumlegierungen, hauptsächlich aus aluminiumamien Erzen, insbesondere aus Κοί.'.^ρ"-schlacke, die früher zur Herstellung von Aluminium nicht verwendet vurden.The invention relates to a method and a device for the production of aluminum metal or aluminum alloys, mainly from aluminum ores, in particular from Κοί. '. ^ρ "slag, which was previously not used for the production of aluminum.

Wegen des großen Raum-, Zeit- und Energiebedarfs des bekannten Bayer-Verfahrens zur Herstel lung von Aluminiumoxid und der Elektrolyse von Aluminiumoxid wurden in der letzten Zeit verschiedene Verfahren zur Herstellung von Aluminium ausgearbeitet, die mit einem geringeren Aufwand durchführbar sind. Ein Nachteil des Bay«./-Verfahrens ist, daß es sich nur zur Verarbeitung von Aluminiumerzen guter Qualität eignet. Bei der Ausarbeitung neuer Methoden wurden daherals Ausgangsstoffe Erze mit einem niedrigen AI₂O/Gehalt ebenfal's in Betracht gezogen.Because of the large space, time and energy requirements of the well-known Bayer process for the produc- tion of aluminum oxide and the electrolysis of aluminum oxide, various processes for the production of aluminum have recently been worked out which can be carried out with less effort. A disadvantage of the Bay «./ process is that it is only suitable for processing good quality aluminum ores. When developing new methods, ores with a low Al ₂ O / content were therefore also considered as starting materials.

So wird z.B. gemäß dem Pechiney Verfahren Aluminiumoxid mit Kohle erhitzt in Aluminium und AIuminiummonox'd. dann über ein Kohlenbett geführt, in Aluminiumkarbid umgewandelt und schließlich das Aluniniumkarbid unter Wärmeeinwirkung zersetzt und Aluminium freigesetzt. Bei dem ebenfjlls bekannten Alcoa-Verfahren wird das Aluminiumoxid mit Alummiumkarbid reduziert, während beim Alcan-Verfahren das Aluminiumoxid mit Kohle in Aluminium und Aluminiumkarbid reduziert, sodann mit Hilfe der sogenannten Subhalogenid-Reaktion metallisches Aluminium hergestellt wird. Das Wesen der Subhalogenid-Methode liegt darin, daß bei entsprechenden Temperatur- und Druckverhältnissen die Aluminiumhakgen Verbindungen mit dem Aluminium oder mit Aluminiumkarbid in Reaktion und die sieh bildenden dampfförmigen Aluminiumthrihalogen- Verbindungen mit dem Aluminium oder mit Aluminiumkarbid in Reaktion treten, und die sich bildenden dampfförmigen Aluminiumhalogen-Verbindungen aus dem System entfernt und durch Abkühlung in Aluminiummetail und eine höherwertige Aluminiumhalogen-Verbindung disproportionieren. Auf diese Weise kann man die katalytische Destillation des Aluminiums mit Hilfe von Aluminiumtrihalogcn-Verbindungen als Hilfsstoff durchführen.For example, according to the Pechiney process, aluminum oxide is heated with coal into aluminum and aluminum monox'd. then passed over a bed of coal, converted into aluminum carbide, and finally that Aluminum carbide decomposes under the action of heat and releases aluminum. In the case of the well-known one In the Alcoa process, the aluminum oxide is reduced with aluminum carbide, while in the Alcan process the aluminum oxide is reduced with carbon in aluminum and aluminum carbide, then with the help of the so-called subhalide reaction metallic aluminum is produced. The essence of the subhalide method lies in the fact that the aluminum hooks under the appropriate temperature and pressure conditions Compounds reacting with aluminum or with aluminum carbide and forming them vaporous aluminum thrihalogen compounds with the aluminum or with aluminum carbide in The reaction occurs and the vaporous aluminum halogen compounds that form are removed from the system removed and by cooling in aluminum detail and disproportionate a higher valent aluminum halogen compound. That way you can the catalytic distillation of aluminum with the aid of aluminum trihalogen compounds as Carry out auxiliary material.

Zahlreiche Verfahren sind zur Durchführung der Aluminiumsubhalogen-Methode in industriellem Maßstab bekannt, so z.B. aus den folgenden Patentschriften: schweizerische Patentschrift 261,182, deutsche Patentschriften 812,118 und 1.067,602, USA.-Patentschriften 2,470,305, 2,762,702. 2,937,082, 3,243,262 und 3,351,461. Laut diesen Patentschriften läßt man verunreinigtes Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit dampfförmigen Aluminiu.n-Trihalugen-Verbindungen reagieren, die sich bildenden Aluminium-Subhalogen-Verbindungen werden kondensiert und daraus metallisches Aluminium hergestellt.Numerous methods are available for carrying out the aluminum subhalogen method on an industrial scale known, for example from the following patents: Swiss Patent 261,182, German Patents 812,118 and 1,067,602; U.S. Patents 2,470,305, 2,762,702. 2,937,082, 3,243,262 and 3,351,461. According to these patents, contaminated aluminum or aluminum alloys are left with vaporous aluminum trihalose compounds react, the forming aluminum-subhalogen compounds are condensed and metallic aluminum is made from it.

Ein gemeinsames Merkmal des oben erwähnten Verfahren, welches gleichzeitig auch ein Nachteil ist, ist, daß die Reaktion, d. h. die Umwandlung in Aluminiumkarbid bei sehr hohen Temperaturen über 2000° C in einem Lichtbogenofen vor sich geht, und daher muß man mit hohen Wärme Verlusten rechnen. Bei der Ausführung der Subhalogen Methode ergeben sich viele technische Schwierigkeiten, so z.B. weisen die Aluminium-Trihalogen-Verbindungen bei erhöhter Temperatur eine ungemein starke korrosi.e Wirkung auf, da infolge der thermischen Zersetzung sich im Laufe des Prozesses Chlor in statu nascendi bildet. In einigen Patentschriften, so z.B. nach der französischen Patentschrift 995,082, britischen Patentschrift 642,240 und der USA.-Patentschrift 3.281.189 wird empfohlen, zur Verminderung der korrosiven Wirkungen als Wirkstoff Graphit. SiC, BN, TiC. Al₂O₃. Si₁N₄, bzw. er.'sprechende Kombinationen derselben bei allen jenen Vorrichtungsteilen zu benützen, die mit Aluminiumtrihalogen-Verbindungen in Berührung korn men. Wegen dieser Nachteile konnten die erwähnten Verfahren keine Verbreitung in der Produktion finden, zumal auch die Wirtschaftlichkeit sehr schlecht ist.A common feature of the above-mentioned process, which is also a disadvantage at the same time, is that the reaction, ie the conversion into aluminum carbide, takes place at very high temperatures above 2000 ° C. in an electric arc furnace, and therefore high heat losses must be expected . When carrying out the subhalogen method, there are many technical difficulties, for example the aluminum trihalogen compounds have an extremely strong corrosive effect at elevated temperatures, since as a result of thermal decomposition, chlorine is formed in statu nascendi in the course of the process. In some patents, for example according to French patent specification 995,082, British patent specification 642,240 and USA patent specification 3,281,189, graphite is recommended as an active ingredient to reduce the corrosive effects. SiC, BN, TiC. Al ₂ O ₃ . Si ₁ N ₄ , or corresponding combinations thereof, to be used for all those device parts that come into contact with aluminum trihalogen compounds. Because of these disadvantages, the processes mentioned could not find widespread use in production, especially since the economic viability is also very poor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftlich und industriell nutzbares Verfahren zur Aufarbeitung von solchen aluminiumarmen Rohstoffen zu schiffen, die in großen Mengen anfallen und als Abfall angesehen werden, wie Kohlenschlacke und minderwertige Aluminiumerze.The object of the present invention is to provide an economically and industrially useful method for To ship processing of such low-aluminum raw materials that occur in large quantities and considered waste, such as coal slag and low-grade aluminum ores.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumverbindungen enthaltende Schmelze, wie eine geschmolzene Kohlen schlacke, bei glejchzeitig^er Nutzung ihrer Wärmeenergie, gegebenenfalls nach Entfernung des Eisengehaltes, in einen aus den üblichen Werkstoffen gebauten Reaktor geführt wird, wo die Schmelze in Anwesenheit von Kohlenstaub .nit dampfförmigen Aluminium-Trihalogen-Verbindungen umgesetzt wird, wobei von der Schinelze auf der Wand des Reaktors eine Schutzschicht gebildet wird, und dadurch die Hauptmenge des Aluminiumgehaltes der Schmelze in Aluminium-Subhalogen-Verbindungen umgesetzt und aus dem letzteren auf bekannte Weise metallisches Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung gewonnen werden. The inventive method is characterized in that containing aluminum compounds Melt, like a molten coal slag, with simultaneous use of its thermal energy, possibly after removal of the iron content, in one made of the usual materials Reactor is conducted, where the melt in the presence of coal dust .nit vaporous aluminum trihalogen compounds is implemented, with one of the Schinelze on the wall of the reactor Protective layer is formed, and thereby the majority of the aluminum content of the melt in aluminum-subhalogen compounds implemented and obtained from the latter in a known manner metallic aluminum or an aluminum alloy.

Mittels des Verfahrens können Ausgangsmaterialien mit geringem Aluminiumgehalt, die etwa 10% Al₂O₃ enthalten, in Form einer Schmelze mit Hilfe der in Anwesenheit von Kohle durchgeführten Subhalogen-Reaktion wirtschaftlich verarbeitet werden. Das Ausgangsmaterial in Form einer Schmelze wird zweckmäßig nach Verbrennung, falls notwendig, von Zusätzen enthaltender Kohle im Zyklonofen gewonnen, wobei die Wärmeenergie der auf diese Weise erhaltenen geschmolzenen Schlacke gleichzeitig verwertet wird. Liegt der Fc,O₃-Gehalt des Ausgangsmaterials unter 50 des Al₂O₃-Gehaltes, ist es zweckmäßig, liegt er darüber, so ist es unbedingt notwendig, den Eisenüberschuß zunächst durch karbothermische Enteisenung zu entfernen, wobei der Fe₂O₃-Gehalt desBy means of the method, starting materials with a low aluminum content, which _{contain about 10% Al 2} O ₃ , can be processed economically in the form of a melt with the aid of the subhalogen reaction carried out in the presence of coal. The starting material in the form of a melt is expediently obtained after combustion, if necessary, of coal containing additives in the cyclone furnace, the thermal energy of the molten slag obtained in this way being utilized at the same time. If the Fc, O ₃ content of the starting material is below 50% of the Al ₂ O ₃ content, it is useful, if it is above it, it is absolutely necessary to first remove the excess iron by means of carbothermal iron removal, the Fe ₂ O ₃ - Salary of

ί Schmelzgutes im allgemeinen auf einem Wert unter 2% gehalten werden soll.ί Melting material in general to a value below 2% should be kept.

Bei armen Aluminiumerzen' mit größerem Eisengehalt oder bei Kohle..schlacke wird die Enteisenung in einem primären Reduktionsraum so durchgeführt,In the case of poor aluminum ores with a higher iron content or in the case of coal slag, iron removal is carried out in carried out in a primary reduction room in such a way that

ίο daß die Eisenverbindungen zweckmäßig bei einer Temperatur von 1200 bis 1700° C mit Koks reduziert werden. Das dabei anfallende Roheisen wird dann aus dem System entfernt. Die Schmelze von geringem Eisengehalt wird nun in einen Raum geleitet,ίο that the iron compounds useful in a Temperature can be reduced from 1200 to 1700 ° C with coke. The resulting pig iron is then removed from the system. The melt with a low iron content is now led into a room,

π wo der Schmelze Kohlenstaub beigemischt wird. Mit einem Reduktionsbrenr.er wird dort mit Druckluft oder mit Sauerstoff angereicherter Druckluft Kohlenstaub eingeblasen, der mit einem großen Kohlenüberschuß arbeitet. Dadurch, daß ein Teil des eingeblasenen Kohlenstaubes in Koh¹ nm.onoxid verbrannt vv'.rd. erreicht man, daß die Schmelze nicht erstarrt, sondern die zum Ablauf der späteren Aluminium-Subhalogenid-Reaktion nötige Temperatur beibehält, gleichzeitig aber die nicht oxydierte Kohle sich im Schrrelzgut verteilt und in einer solchen Menge vor handen ist. daß im Falle der Anwendung von AlCl₃ die für die Reaktionπ where coal dust is added to the melt. A reduction burner is used to blow in coal dust with compressed air or compressed air enriched with oxygen, which works with a large excess of coal. Because a part of the injected coal dust is burned ^{in Koh 1 nm.onoxide vv'.rd.} what is achieved is that the melt does not solidify, but rather maintains the temperature necessary for the subsequent aluminum subhalide reaction to take place, while at the same time the unoxidized carbon is distributed in the Schrrelzgut and is present in such an amount. that in the case of the use of AlCl ₃ that for the reaction

AKO, f 3C + AlCl,^: -3 AlC ^ 3 COAKO, f 3C AlCl ^+: -3 AlC ^ 3 CO

nötige Kohle zweckmäßig in 2— 3faclr:m Überschuß vorliegt. Bei der Errechnung des Überschusses wird auch die durch den Fe₂O₃- und SiO₂-Gehalt der Schmelze verbrauchte Kohlenmenge berücksichtigt.The necessary coal is expediently present in a 2-3 fold excess. When calculating the excess, the _{amount of coal consumed by the Fe 2} O ₃ and SiO ₂ content of the melt is also taken into account.

Die Erfahrung zeigt, daß der Kohlenstaub in einer mit der der Schmelze übereinstimmenden Größenordnung eingeblasen werden muß, um einerseits die nötige Temperatur, andererseits die Reduktion des Aluminiumoxids zu sichern. Die Verbrennungsprodukte werden abgeleitet, und die Schmelze von entsprechendem Kohlengehalt wird nun in einen Raum, der sich zur Bildung von Subhalogeniden eignet, in intensivem Kontakt mit dampfförmigen Alurninium-Trihalogen-Verbindungen \?ei ejner .Temperatur über ,1300.° C .erhitzt. Die Reaktion wird zweckmäßig bei 1500 bis 1600°C durchgeführt, während die Schmelze auf der Innenwand des Reduktionsraumes einen Belag von 10 bis 100 mm Dicke bildet, der als Schutzschicht die Korrosion des Werkstoffes der Vorrichtung verhindert. Die aus dem zur Bildung von Alurrinium-Subhalogeniden dienenden Raum entfernten dampfförmigen Aluminium-Subhalogen-Verbindungen werden tun in 1 bis 5 Stufen unter gleichzeitiger Kühlung in hintereinandergeschalteten Kondensationsgefäßen bei einer Temperatur von 600 bis 1000° C verflüssigt. Das sich aus den dampfförmigen Aluminium-Subhalogen-Verbindur ^en während dieses Prozesses in den verschiedenen Kondensationsgefäßen in verschiedener Qualität abscheidende metallische Aluminium wird nun abgeführt, und die rückgebildcfjn Aluminium-Trihalogen-Verbindungen im Kreislauf in den zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungen geeigneten Raum zurückgeführt. Es ist vorteilhaft, die dampfförmigen Aluminium-Trihalogen-Verbindungen durch Kühlung auszuscheiden und die gasförmigen Verunreinigungen, z.B. CO₂- und CO-Gasc aus dem System zu entfernen. Die erstarrte. Aluminiiim-TrihaExperience shows that the coal dust must be blown in in an order of magnitude that corresponds to that of the melt in order to ensure the necessary temperature on the one hand and the reduction of the aluminum oxide on the other. The products of combustion are diverted and the melt, with the appropriate carbon content, is then placed in a room that is suitable for the formation of subhalides, in intensive contact with vaporous aluminum-trihalogen compounds, at a temperature of over 1300 ° C. The reaction is expediently carried out at 1500 to 1600 ° C., while the melt forms a coating 10 to 100 mm thick on the inner wall of the reduction chamber, which, as a protective layer, prevents corrosion of the material of the device. The vaporous aluminum-subhalogen compounds removed from the space used for the formation of aluminum subhalides are liquefied in 1 to 5 stages with simultaneous cooling in condensation vessels connected in series at a temperature of 600 to 1000 ° C. The metallic aluminum which separates out of the vaporous aluminum-subhalogen compounds during this process in the various condensation vessels in different quality is now removed, and the regressed aluminum-trihalogen compounds in the circuit in those suitable for the formation of aluminum-subhalogen compounds Recirculated space. It is advantageous to separate out the vaporous aluminum trihalogen compounds by cooling and _{to remove the gaseous impurities, for example CO 2} and CO gas, from the system. She froze. Aluminum Triha

logen-Verbindung wird nun wieder erhitzt und in den zur Bildung von Aluminium -Subhalogcn geeigneten Raum zurückgeführt, wobei die Verluste an Aluminium-Trihalogen-Verbindung ersetzt werden müssen. Als Aluminium-Trihalogen-Verbindung können gleicherweise AICl₃. AlBr₃, AlJ₃ und AlF₃ benutzt werden. Von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials abhängig bilden sich in dem zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungen dienendenThe halogen compound is now heated again and returned to the space suitable for the formation of aluminum subhalogen, the losses of aluminum trihalogen compound having to be replaced. AICl ₃ . AlBr ₃ , AlJ ₃ and AlF ₃ can be used. Depending on the composition of the starting material, aluminum subhalogen compounds are formed in that

Raum aus der Schmelze außer den Aluminium-Subhalogen-Verbindungen noch andere Subhalogcn-Verbindungen, so in erster Linie die flüchtigen Si- und Fe-Halogen-Verbindungen, die mit den dampfförmigen Subhalogen-Vcrbindungcn vermischt im Kondensationsgefäß das sich abscheidende Aluminium in verschiedenem Maße mit Eisen und Silicium verunreinigen. Space from the melt except for the aluminum subhalogen compounds There are still other sub-halogen compounds, primarily the volatile Si and Fe-halogen compounds, those with the vaporous Subhalogen compounds mixed in the condensation vessel in different ways in the precipitating aluminum Contaminate dimensions with iron and silicon.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den entsprechenden Ansprüchen. Further features of the method according to the invention emerge from the corresponding claims.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß sie aus eineti Raum, in den Kohlenstaub eingeblasen wird, aus einem zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungen geeigneten Reaktionsraum und einem Kondensationssystem besteht, wobei der Reaktionsraum mit Organen versehen ist, die auf der inneren Seite der Begrenzungswand aus der Schmelze eine zusammenhängende Schutzschicht zu bilden geeignet sind. Weitere Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.The device for carrying out the method is characterized in that it consists of a space, is blown into the coal dust, from a suitable for the formation of aluminum-subhalogen compounds Reaction space and a condensation system consists, the reaction space with organs is provided, which is a continuous on the inner side of the boundary wall from the melt Protective layer are suitable to form. Further features of the device emerge from the further Claims.

Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung, und es bedeutet: The drawing shows various embodiments of the method and the device, and it means:

Fig. 1 schematische Darstellung des Verfahrensablaufes, Fig. 1 is a schematic representation of the process sequence,

Fig. 2 Darstellung gemäß Fig. 1, bei der eine erste Enteisenungsstufe angeordnet ist,FIG. 2 shows the representation according to FIG. 1, in which a first de-ironing stage is arranged,

Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Ausfuhrungsformen des Reaktionsgefäßes.3 to 5 different embodiments of the reaction vessel.

F i g. I zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Schmelze ohne Entfernung des Eisengehaltes verarbeitet wird. Die aus dem Schlackenschmelzofen entzogene, geschmolzene Kohlenschlacke I wird in den Raum 2 geführt, wo die Mischung mit Kohlenstaub 3 erfolgt, mittels eines Reduktionsbrenners, wobei der Kohlenstaub mit Druckluft oder mit Sauerstoff angereicherter Druckluft eingeblasen wird. Jetzt wird die mit Kohle gemischte Schmelze 4 in den zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungen geeigneten Reaktor 5 geleitet, und nun läßt man die Schmelze 8 an den Wänden des Reaktors hinabfließen in Richtung der Auslauföffnung. Es ist zweckmäßig, im Reaktor 5 die dur.ch die Zuführungsöffnung 6 eingeführten dampfförmigen Aluminium-Trihalogen-Verbindungen im Gegenstrom mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt zu bringen.F i g. I shows an embodiment of the method according to the invention in which the melt without removal the iron content is processed. The molten one withdrawn from the slag melting furnace Coal slag I is fed into room 2, where it is mixed with coal dust 3, by means of a Reduction burner, the coal dust with compressed air or compressed air enriched with oxygen is blown in. Now the melt 4 mixed with coal is used to form aluminum-subhalogen compounds suitable reactor 5 passed, and now the melt 8 is allowed to flow down the walls of the reactor in the direction of Outlet opening. It is expedient to use the gaseous introduced through the feed opening 6 in the reactor 5 Aluminum trihalogen compounds in countercurrent contact with the molten slag bring to.

Unter Einwirkung einer Temperatur über 1300° C, die im Reaktor 5 herrscht, reagiert das Gemisch, bestehend aus geschmolzener Schlacke, Kohle und Aluminium- rrihalogen-Verbindungen, und die sich bildenden dampfförmigen Aluminium-Subhalogen-Verbindungen werden durch die Ableitung 7 in das Kondensationssystem 9 geleitet Im Kondensationsraum disproportionieren die dampfförmigen Aluminium-Subhalogen-Verbindungen in metallisches Aluminium und Aluminium-Trihalogen-Verbindung. Das Kondensationssystem 9 besteht aus einem oder mehreren zweckmäßig aus drei — Kondensationsgefäßen, die ir Reihe geschaltet sind. In den Kondensationsgefäßer wird die Temperatur auf 600 bis 1000° C gehalten ι und der Kontakt der Dämpfe mit der Aluminium schmelze wird in den Gefäßen intensiv aufrechterhalten, z. B. durch Einblasen der Dämpfe in die Metall schmelze. In dem zur Bildung von Aluminium-Subha logen-Verbindung geeigneten Reaktor 5 wird ein Un-Under the action of a temperature above 1300 ° C., which prevails in reactor 5, the mixture, consisting of, reacts from molten slag, coal, and aluminum rrihalogen compounds, and those that are formed Vaporous aluminum-subhalogen compounds are discharged through the line 7 into the condensation system 9 The vaporous aluminum-subhalogen compounds disproportionate in the condensation chamber in metallic aluminum and aluminum trihalogen compound. The condensation system 9 consists of one or more, expediently three - condensation vessels that ir Are connected in series. The temperature in the condensation vessel is kept at 600 to 1000 ° C ι and the contact of the vapors with the aluminum melt is intensively maintained in the vessels, z. B. melt by blowing the vapors into the metal. In which to form aluminum subha logen connection suitable reactor 5 is a un-

Hi terdruck von 20 bis IOOTorr gehalten. Das geschmolzene Metall bzw. die Metallegierungen werden clurcli die Ableitungen 11 des Kondenssystcms abgeführt Die im Kondensationssystem 9 freigesetzten Alumini um-Trihalogen-Verbindungen werden über Leitung IONegative pressure held from 20 to IOOTorr. The melted one Metal or the metal alloys are carried away clurally by the discharge lines 11 of the condensation system The released in the condensation system 9 aluminum trihalogen compounds are via line IO

n zur Zuführungsöffnung 6 geleitet.n passed to the feed opening 6.

Wird die Aluminium-Trihalogen-Verbindung durch Kühlung gereinigt, so können die gasförmigen Vcrun reinigungen, wie CO und CO₂ abgetrennt werden. Die Aluminium-Trihalogen-Verbindung kann in einer weiteren Stufe, zweckmäßig in einem anderen Gefäß, wiederum in Dampfform überführt und zur Ziit'üh rungsöffnung 6 weitergeleitet werden. Die Verluste an Aluminium-Trihalogen-Verbindungen werden über die Beschickungsöffnung 12 durch frische Aluminium lriIf the aluminum-trihalogen compound is cleaned by cooling, the gaseous compounds such as CO and CO _{2 can be} separated off. The aluminum-trihalogen compound can again be converted into vapor form in a further stage, expediently in another vessel, and passed on to the ventilation opening 6. The losses of aluminum trihalogen compounds are replaced via the feed opening 12 with fresh aluminum

2Ί halogen-Verbindungen ersetzt. 2Ί halogen compounds replaced.

Fig. 2 stellt eine andere Ausführungsart des erfin dungi^emäßen Verfahrens dar. in der auch eine Eisentfernung vorgesehen ist. Die aus einem Scliiakkenschmelzeofen anfallende Kohlenschlackenschmel/.eFig. 2 shows another embodiment of the invention dungi ^ em procedure. in which also a Ice removal is provided. The one from a miniature furnace accruing coal slag melt / .e

jo wird durch die Leitung 1 in den Reduktionsrauni üir Enteisenung Π geleitet, der mit glühendem Koks -C füllt ist. Das Glühen des Koks wird durch ZufVir von Sauerstoff und/oder Druckluft über die Lcitu.·.« 14 gesichert. Das in der Schmelze anwesende Fc \jo is through line 1 in the reduction room üir Iron removal Π conducted with glowing coke -C is filling. The glow of the coke is caused by the addition of oxygen and / or compressed air through the liquor. 14 secured. The Fc \ present in the melt

ji svird zu 70 bis 80% auf dem glühenden Kok- u Eisen reduziert, und das am Boden des Redukli raumes 13 angesammelte Metall wird durch die · Stichöffnung 16 abgeleitet. Durch die Leitung 15 : die eisenarme Schlackenschmelze aus dem R-.ji svird to 70 to 80% on the glowing Kok- u Iron is reduced, and the metal that has accumulated at the bottom of the Redukli room 13 is Branch opening 16 derived. Through line 15: the low-iron slag melt from the R-.

-to tionsraum 13 in den Behälter 2 geleitet, wo Ko! staub beigemischt wird. Die weiteren Schritte des fahrens werden ähnlich zu dem Verfahren n ■ Fig. 1 durchgeführt.-to tion space 13 passed into the container 2, where Ko! dust is mixed in. The further steps of driving are similar to the method n ■ Fig. 1 performed.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindu· -_r besteht .An important feature of Erfindu · - is _r.

■n in. daß in dem zur Bildung von Aluniinium-Subl gen-Verbindungen geeigneten Reaktor 5 sich aus Schmelze auf der Wand der Vorrichtung eine Sein schicht bildet. Die als Beispiele angeführten diesbe/.. liehen Ausfuhrungsarten des Reaktors werden in ο■ n in. That in the to the formation of Aluniinium-Subl Gen connections suitable reactor 5 are made of melt on the wall of the device layer forms. The examples given in this / .. Borrowed versions of the reactor are in ο

nt Fig. 3. 4 und 5 dargestellt. Nach Fig. 3 geht die !·■■■ dung einer Schutzschicht aus der Schmelze der;.,' vor sich, daß die Innenfläche des zur Bildung vo Aluminium-Subhalogen-Verbindungen geeignete-:nt Fig. 3, 4 and 5 shown. According to FIG. 3, the! · ■■■ Formation of a protective layer from the melt of the;., 'in front of it that the inner surface of the for the formation of vo Aluminum-subhalogen compounds suitable-:

Reaktors 5 so ausgebildet ist, daß in einem gewissenReactor 5 is designed so that in a certain

π Winkel zur Strömungsrichtung der Schmelze, zweckmäßig fast senkrecht angeordnete, kegelstumpf förmige Lenkplatten eingebaut werden, von denen dit Schmelze herabtropft. Der zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungen geeignete Reaktor 5π angle to the flow direction of the melt, appropriately almost vertically arranged, truncated cone-shaped steering plates are installed, of which dit Melt drips down. The one used to form aluminum-subhalogen compounds suitable reactor 5

kann auch so ausgebildet werden, daß an dessen In nenwand die Schmelze im Gegenstrom zu den einge führten dampfförmigen Aluminium-Trihalogen-Verbin düngen geleitet wird.can also be designed so that in the inner wall of the melt in countercurrent to the turned led to fertilize vaporous aluminum trihalogen compound is passed.

Nach Fig. 4 wird die Schmelze durch den ZerstäuAccording to Fig. 4, the melt is through the atomizer

ber 18 in den zur Bildung von Aluminium Subhalogenid geeigneten Reaktor eindosiert. Infolgedessen gelangt ein bedeutender Teil der Schmelze an die Wand der Vorrichtung, wo er eine zusammenhäneende Film-About 18 in the form of aluminum subhalide appropriate reactor metered. As a result, a significant part of the melt reaches the wall the device, where he has a coherent film

(ο(ο

schicht bildet. Der Zerstäuber kann z. B. als Düsen zerstäuber ausgebildet werden.layer forms. The atomizer can e.g. B. as nozzles atomizers are trained.

Die Verteilung der Schmelze auf der Innenwand der Vorrichtung kann auch derart durchgeführt werden, daß die Schmelze dur<-h Einbinden v;m dampfformifewii Aluminium-Trihalogcn-Vcrbindungen so zer stäubt wird, daß ein Teil der Schmelze an die Wand geschleudert, während ein anderer Teil im inneren der Vorrichtung zerstäubt wird.The distribution of the melt on the inner wall of the device can also be carried out in such a way that the melt dur <-h binding v; m dampfformifewii Aluminum-trihalogen compounds are so atomized that part of the melt on the wall spun while another part is atomized inside the device.

Laut Fig. 5 kann die Schutzschicht aus Schmelze auch derart ausgebildet werden, daß der Reaktorkörper 5. der den zur Bildung von Aluminium Subhaloge nid geeigneten Reaktionsraum umfaßt, in Drehung um seine senkrechte Achse gesetzt wird, so daß sich die Schmelze durch Zentrifugalkraft an den Wänden des Reaktors verteilt.According to FIG. 5, the protective layer can also be formed from melt in such a way that the reactor body 5. which comprises the reaction space suitable for the formation of aluminum subhalogens, in rotation is set around its vertical axis, so that the melt is attached to the walls by centrifugal force of the reactor.

In dem zur Bildung von dampfförmigen Alumini um-Subhalogen Verbindungen geeigneten Reaktor 5 wird die Viskosität der Schmelze durch Zufuhr bzw. Entzug der Wärme, zweckmäßig in einem Bereich von 30 bis 100 Poise, geregelt. So kann die Dicke der Schmelzschicht, die als Schutzschicht dient, einge stellt werden.In the reactor 5 suitable for the formation of vaporous aluminum subhalogen compounds the viscosity of the melt is expediently in a range by adding or removing heat from 30 to 100 poise, regulated. So the thickness of the Enamel layer, which serves as a protective layer will be presented.

Die Vorteile der Erfindung können folgendermaßen kurz zusammengefaßt werden: Zur Herstellung von Aluminium können die früher zu diesem Zweck nicht nutzbare Kohlenschlacke und arme Aluminiumerze hr.angezogen werden, ferner kann die Wärmeenergie der aus dem Kessel in geschmolzenem Zustand korn menden Kohiensc'nlacke genutzt werden. Ein hcdeutender Vorteil ist auch, daß der Vorgang der Karbid bildung und somit die Anwendung der dazu notwendigen Temperatur von über 2000" C entfällt. Durch die gegebenenfalls durchgeführte Eiscnabscheidung %vird auch der Verlust an Aluminium Trihalogen Verbin düngen verringert. Aus den in der Schlacke Vorhände nen Aluminiumverbindungen jedoch kann durch die Behandlung mit Aluminium Trihalogen Veibindungen in Anwesenheit von Kohle metallisches Aluminium zweckmäßiger und bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gewonnen werden, und trotz der sehr stark korrosiven Umstände kann die Vorrichtung aus gewöhnlichen Werksteffen hergestellt werden, da auf ihrer Innenfläche die Schlackenschmelze eine Schutzschicht bildet.The advantages of the invention can be briefly summarized as follows: For the production of The coal slag and poor aluminum ores that were previously unusable for this purpose can use aluminum can also be applied to the thermal energy the coal varnishes that come from the boiler in a molten state can be used. A clear one Another advantage is that the process of carbide formation and thus the use of the necessary Temperatures of over 2000 "C are not required. If necessary, ice separating% vird the loss of aluminum trihalogen compound is also reduced. From the forehand in the slag However, aluminum compounds can be treated with trihalogen compounds in the presence of carbon, metallic aluminum is more expedient and at relatively low temperatures be obtained, and despite the very strong corrosive circumstances, the device can from ordinary Werksteffen are made because the slag melt has a protective layer on its inner surface forms.

und das Eisen wird entfernt. Die flüssige Schlacke wird in einen Raum gel itct. wo Kohlenstaub mit Hilfe von Druckluft durch einen Reduktionsbrenner eingeblasen wird. Die geschmolzene Schlacke von 1600° C. die auch unverbrannte Kohle enthält, wird in den zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Verbindungcn geeigneten Reaktor eingeblascn und zerstäubt. Die geschmolzene Schlacke prallt zum Teil an die Wand des Reaktors, und fließt dann rieselnd der Auslauföffnung zu. teils aber kommt sie schwebend in Kontakt mit dem dampfförmigen AlCl,. das am Boden der Vorrichtung eingeführt wird. Die Dicke der rieselnd nach unten fließenden Schlackcnschicht, kann durch Temperaturänderung auf die jeweils gewünschte Stärke eingestellt werden.and the iron is removed. The liquid slag is gel itcted into a room. where coal dust with With the help of compressed air it is blown through a reduction burner. The molten slag from 1600 ° C., which also contains unburned coal, is used in the for the formation of aluminum-subhalogen compounds suitable reactor blown and atomized. The molten slag partially collides the wall of the reactor, and then flows trickling towards the outlet opening. but sometimes it comes floating in contact with the vaporous AlCl ,. that on Bottom of the device is introduced. The thickness of the slag layer flowing downwards, can be adjusted to the required strength by changing the temperature.

Zwischen der kohlenhaltigen geschmolzenen Schlacke und dem im Gegenstrom eingeführten dampfförmigen A IC" I,. kommt es bei I45O°C zu einer Reaktion, und aus den Aluminiumverbindungen entstehen Aluminium-Subchlorid Dämpfe. Das auch CO-Gas enthaltende Aluminiumtrichlorid und das dampfförmige Aluminium-Subchlorid werden durch drei Kondensationsgefäße geführt, in welchem z. B. in folgender Reihenfolge Temperaturen von 858 C. 745 C und 847°C eingestellt werden. In dem Reaktor wird ein Unterdruck von 50Torr aufrechterhalten. Die Außenfläche der Kondcnsationsgefäße besteht aus geriffelten Platten: die Temperatur kann mit Hilfe eines Ventilators geregelt werden.Between the carbonaceous molten slag and that introduced in countercurrent vaporous A IC "I,. occurs at 1450.degree a reaction, and aluminum subchloride vapors arise from the aluminum compounds. That too Aluminum trichloride containing CO gas and the vaporous aluminum subchloride are through three condensation vessels out, in which z. B. in the following order temperatures of 858 C. 745 C. and 847 ° C can be set. A vacuum of 50 torr is maintained in the reactor. the The outer surface of the condensation vessels consists of corrugated plates: the temperature can be adjusted with the help of a Fan can be controlled.

Als Ergebnis der Kondensation werden im ersten Kondensationsgefäß 93.4% Al und (i.i% Si-haitige. im zweiten 87.3% Al- und 11.2% Si haltige und im dritten 84.2"» Al- und 11.2% Si- sowie 4.5% Fe-hal tige Metallegierungen am Boden der Gefäße kondensiert. Das aus dem letzten Kondensationsgefäß ent fcrntc. dampfförmige AICI, wird gekühlt und die gleichzeitig anwesenden CO- und CO₂ Gase zur wei teren Nutzung abgeleitet. Aluminiumtrichlori'¹ wird wiederholt in einem besonderen Gefäß erhitzt und unter eigenem Dampfdruck in den Reaktor zurückgcleitet. Die aus dem Reaktor abgeleitete geschmolzene Schlacke von niedrigem Eisen- und Aluminiumgehalt kann z.B. in einem Kristallisationsofen bei 1284°C in Formen gegossen und zur Herstellung von Kunst stein verwertet werdenAs a result of the condensation, 93.4% Al and (ii% Si-containing, in the second 87.3% Al and 11.2% Si and in the third 84.2% Al and 11.2% Si and 4.5% Fe-containing Metal alloys condensed at the bottom of the vessels. the ent from the last condensation vessel fcrntc. vaporous AlCl, is cooled and discharged at the same time present CO and CO ₂ gases to wei direct use. Aluminiumtrichlori ^'1 is repeated in a separate vessel and heated under its own vapor pressure The molten slag with a low iron and aluminum content discharged from the reactor can, for example, be poured into molds in a crystallization furnace at 1284 ° C and used for the production of artificial stone

example 1

Die verbrannte Schiefer-Kohle hat einen Wärmegehalt von 3500 Kcal und einen Schlackengehalt von 33%. Die Zusammensetzung der Schlacke ist die folgende. The burnt shale coal has a calorific content of 3500 Kcal and a slag content of 33%. The composition of the slag is as follows.

SiO₂ 40,07%SiO ₂ 40.07%

Fe₂O₃ 10,98%Fe ₂ O ₃ 10.98%

AKO₃ 34.02%AKO ₃ 34.02%

CaO 9.07%CaO 9.07%

MgO 3,60%MgO 3.60%

übrige Komponenten 2.26%other components 2.26%

Die aus dem Zyklonkessel fließende Schlacke von obiger Zusammensetzung wird in einen mit Koks gefüllten Reduktionsraum gebracht, wo sie mit zugeleitetem Sauerstoff bzw. Druckluft bei hohen Temperaturen gehalten wird. Hier findet die Reduktion des Fe₂O₃ in Roheisen statt in einem Ausmaß von 81%.The slag of the above composition flowing out of the cyclone boiler is brought into a reduction room filled with coke, where it is kept at high temperatures with supplied oxygen or compressed air. Here the reduction of Fe ₂ O ₃ in pig iron takes place to an extent of 81%.

Example 2

Die aus dem Zyklonkessel abgeleitete flüssige Schlacke von gleicher Zusammensetzung wie nach Beispiel 1 wird in einen Enteisenungsreaktor geleitet, in dem mit Hilfe einer Elektroheizung die Schlacke in geschmolzenem Zustand gehalten wird. Nachdem die Eisenoxide mit Koks reduziert sind und das metallische Eisen entfernt worden ist. wird die flüssige Schlacke von niedrigem Eisengehalt mit Hilfe eines mit durch Sauerstoff angereicherten Druckluft gespeisten Reduktionsbrenners mit Kohlenstaub gemischt und dann bei 1550° C in den Reaktor in zerstäubtem Zustand eingebracht. Zur Bildung von Subhalogeniden wird dampfförmiges AlF₃ am Boden des Reaktors im Gegenstrom zu der Schmelze eingeführt, welche an der Innenwand des Reaktors herabfließt. Zum Seigern der Schmelze sind an der Wand des Reaktors fast senkrecht zur Strömungsrichtung der Schlacke angeordnete, aus Siliciumkarbid hergestellte Lenkschalen eingebaut, wodurch ein intensiver Kon-The liquid slag of the same composition as in Example 1 discharged from the cyclone boiler is passed into a de-ironing reactor in which the slag is kept in a molten state with the aid of an electric heater. After the iron oxides are reduced with coke and the metallic iron is removed. the liquid slag with a low iron content is mixed with coal dust by means of a reduction burner fed with compressed air enriched with oxygen and then introduced into the reactor in an atomized state at 1550 ° C. To form subhalides, AlF _{3 in} vapor form is introduced at the bottom of the reactor in countercurrent to the melt which flows down the inner wall of the reactor. To segregate the melt, steering shells made of silicon carbide are installed on the wall of the reactor almost perpendicular to the direction of flow of the slag.

309 608/44!309 608/44!

takt zwischen Dämpfen, Gasen und der Schmelze gewährleistet ist. Mittels Elektroheizung wird eine Temperatur von 1500 bis 1550° C aufrechterhalten. Die Aluminium Subfluorid-Dämpfc werden im oberen Teil des Reaktors in zwei in Reihe geschaltete Kondensationsgefäße geleitet, wo eine Temperatur von ^l.'40°C bzw. 810°C aufrechterhalten wird. Im ersten Kondensationsgefäß erhält r;?.n eine Schmelze von Metallegierungen folgender Zusammensetzung: 87,5%between vapors, gases and the melt is guaranteed. A temperature of 1500 to 1550 ° C is maintained by means of electrical heating. The aluminum-Subfluorid Dämpfc are passed in the upper part of the reactor in two series-connected condensation vessels, where a temperature of ^l .'40 ° C and 810 ° C is maintained. In the first condensation vessel, r;?. N receives a melt of metal alloys of the following composition: 87.5%

1010

Al und 11,9% Si, im zweiten hingegen eine Legierung enthaltend 82,7% Al und 17,1% Si, ferner in Form eines festen Pulvers kondensiertes AIF,. Die CO- und CO,-Gase läßt man abziehen. Die geschmolzenen Mc lalle läßt man neben dem AIFj-Staub in Sammclgefäße abrieseln und der zurückbleibende AlF,-Staub wird durch Erhitzung verdampft und im Kreislauf in den zur Bildung von Aluminium-Subhalogen-Vcrbindungen geeigneten Reaktor zurückgeleitct.Al and 11.9% Si, in the second, however, an alloy containing 82.7% Al and 17.1% Si, also AIF condensed in the form of a solid powder. The CO and CO, gases are allowed to withdraw. The molten metal is allowed to trickle down into collecting vessels along with the AlF, dust, and the remaining AlF, dust is evaporated by heating and recirculated to the reactor suitable for the formation of aluminum-subhalogen compounds.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of aluminum and aluminum alloys from 10 to 50% aluminum oxide containing ores and / or other «aluminum-containing substances with the help of aluminum trihalogen compounds by the formation of aluminum-subhalogen compounds and by condensation of the evaporated aluminum-subhalogen compounds, characterized in that the melt of the starting material, optionally after previous iron removal, to the amount necessary to reduce the oxides present Amount of coal in excess coal is added that from the melt or part of the same a continuous layer is formed on the inner wall of the reactor that the Melt at a temperature of over 1300 ° C., expediently at 1500 to 1600 ° C., under reduced Pressure in intensive contact with steam conveying 2 (1 brought moderate aluminum trihalogen compounds that the aluminum-subhalogen compounds formed in this way derived in a known manner in vapor form and at a Tem temperature of 600 to 1000 ° C are condensed, and that the deposited metallic aluminum or the aluminum alloys are removed in a manner known per se and the aluminum trihalogen compounds formed back optionally returned to the reactor after cleaning.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the raw material used Ko.ilenschlacke in molten form at tapping temperature will.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the iron removal of the Starting material carried out by means of carbothermal reduction and the resulting metallic Iron is removed from the system. ^ c

4. The method according to any one of claims 1 to

3, characterized in that the melt of the starting material coal dust with the help of a reduction burner fan and compressed air or compressed air enriched with oxygen - in _4S a 2-3facnen excess, calculated on the'Re'- * 'production of the Al ₂ O, -, Fe ₂ O ₃ and SiO ₂ contents? the melt, added and the carbonaceous melt is brought into contact with the vaporous aluminum trihalogen compounds.

5. The method according to any one of claims 1 to

4, characterized in that AlCl ₃ , AlBr ₃ . AlJ ₃ , AlF ₃ or a mixture thereof can be used.

6. The method according to any one of claims 1 to si

5, characterized in that the vaporous aluminum trihalogen compounds according to the The reaction is liquefied or solidified by cooling and the gaseous impurities are removed will. <, o

7. Device for carrying out the method according to claims 1 to 6, characterized in that that it is blown from a space (2) into the coal dust, from one to the formation of Aluminum-subhalogen compounds suitable 6! Reaction space (5) and a condensation system (9), the reaction space (5) with Organs is provided. the one on the inner side of the boundary wall from the melt a cohesive one Suitable to form protective layer

are. ,

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that; that on the inner surface of the wall des for the formation of aluminum-subhalogen compounds serving reaction space (5) frustoconical Lenkplaiten (17) are arranged.

9 Device according to claims 7 and 8, characterized in that the for the formation of Reaction space suitable for aluminum subhalides for supplying the melt and / or the vaporous aluminum trihalogenide with a or several atomizers is provided.

10. The device according to claim 7, characterized in that the reactor (5) with a him is provided in rotation about its vertical axis displacing drive member.